为做一张膜用了整5年 中大科研团队新成果在《自然》杂志发表
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2024-05-31 13:22:07
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附着在硅片上的弹性晶体膜。(受访者供图)

“处处分离”

全球每天生产原油超过1亿桶,从原油到汽油、柴油等成品油,往往需要经过蒸馏、催化等工序分离不同物质。

无论水处理、化工生产,甚至食品加工领域都有“分离”的重要环节。而这,离不开一张好的分离膜。

深圳新闻网2024年5月31日讯(深圳商报驻穗记者 张莹)在中山大学化学学院郑治坤教授的实验室,记者见到了附着在硅片上的弹性晶体膜。如果不是镊子夹取造成的残缺,几乎肉眼无法看见它的存在。然而,做好这样一张膜,团队整整用了5年时间。

记者近日从中山大学获悉,郑治坤教授团队已成功制备出高韧性、高弹性、高机械强度的编织晶界聚合物均孔膜,有望扩展晶体膜在分离、光电、柔性器件等领域的应用。相关成果刊发在《自然》杂志。

极薄的分离膜带来变革

全球每天生产原油超过1亿桶,从原油到汽油、柴油等成品油,往往需要经过蒸馏、催化等工序分离不同物质。从大型炼油塔的建造和维护,到加热消耗的能源,石油化工近80%成本花在分离上。膜分离法成为化工生产领域降低能源消耗、削减加工成本、提高分离效率和产品纯度的一条“出路”。

“理论上,膜分离是常规分离成本的十分之一。”郑治坤说。传统有机高分子材料制成的分离膜,浸到油里会被溶解或溶胀,使用全结晶的分离膜则不会。

为此,郑治坤教授课题组深入研究晶态聚合物均孔膜的制备、结构和性能调控等问题。从把膜制作出来,到实现孔洞均一,再到让它更高效、更可靠、更耐用,无数次反复试验,攻关拦路虎,最终破题。

“这项研究其实解决的是两个力学问题,一是材料强度和韧性的同步提升,二是改善晶体的脆性,让它不那么易碎。”

高中时启发研究兴趣

郑治坤高中时曾随学校参观过县里的一个自来水厂,至今郑治坤仍然深深记得那次参观。从河里引水,分离出杂质,再经过消毒等流程……水厂里的一切早已在他心中埋下了种子。

污水处理是把水和杂质分离,海水淡化是把水和盐分离。水处理、化工生产,甚至食品加工领域都有“分离”的重要环节。而这,离不开一张好的分离膜。“我那时候就想做分离,要让中国科技自立自强,可能这早已成为我选择研究方向时的潜意识。”郑治坤说。

郑治坤感叹道:“以前以为做这张膜很简单,实际上越做越感到困难。”

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